غالبًا ما تستخدم الأبحاث المكثفة حول الحماية الكاثودية لتقليل أضرار التآكل على الأسطح المعدنية النشطة.
تُستخدم الحماية الكاثودية أيضًا في جميع أنحاء العالم لحماية خطوط الأنابيب ومحطات معالجة المياه وخزانات التخزين فوق وتحت الماء.
ما هي الحماية الكاثودية (CP)؟
الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع تآكل الهياكل المعدنية المغمورة والجوفية.
حيث تعتبر الحماية الكاثودية من أكثر الطرق فعالية لمنع تآكل الأسطح المعدنية.
غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية العديد من الهياكل من التآكل، مثل السفن والعوامات البحرية.
عادة ما تكون المعدات البحرية، والأرصفة، وخطوط الأنابيب، والخزانات، كلها هياكل معدنية مغمورة أو مدفونة.
انظر أيضًا: كيفية عزل الأسطح عن الحرارة
ما هي المبادئ الأساسية للحماية الكاثودية؟
تعتمد التقنية على تحويل المناطق النشطة لسطح معدني إلى خامل، بمعنى آخر، جعله كاثود الخلية الكهروكيميائية.
من خلال توفير التيار، تقل إمكانات المعدن، ويتوقف هجوم التآكل، ويتم تحقيق الحماية الكاثودية.
يمكن تحقيق الحماية الكاثودية من خلال:
- الحماية الكاثودية لأنود الذبيحة.
- أيضا الحماية الكاثودية الفريدة الحالية، تسمى عادة الـ ICCP.
حماية كاثودية من الأنود القرباني
إن أبسط طريقة لاستخدام الحماية الكاثودية هي ربط المعدن بحمايته بمعدن آخر أكثر عرضة للتآكل.
للعمل كأنود، فإن الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم هي معادن تستخدم عادة كقطب موجب.
أكثر المعادن نشاطا (والأقل نبلا) يصبح الأنود للآخرين، مضحيا بنفسه، من خلال التآكل (إعطاء المعدن) لحماية الكاثود، ومن هنا جاء مصطلح الأنود الذبيحي.
نظرًا لأن الجهد الدافع للأنودات القربانية صغير مقارنة بالتيار المثير للإعجاب للأنودات، يجب توزيع الأنودات القربانية بشكل جيد.
هل تقع بالقرب من المحمية التي تستخدم فيها أنودات الألمنيوم أو الزنك في بيئة المياه المالحة؟
نظرًا لاختلاف الجهد بين القطب الموجب (الأقل نبلاً) والمنطقة الكاثودية (الفولاذ)، تترك أيونات المعادن موجبة الشحنة سطح الأنود.
حيث تغادر الإلكترونات سطح الكاثود. بالنسبة لأنودات سبائك الألومنيوم، يكون تفاعل سطح الأنود هو:
–4Al → 4Al +++ + 12e
الحماية الكاثودية للتيار القسري (ICCP)
تستخدم أنظمة ICCP مصدر طاقة خارجي يتم توفيره من خلال مصدر طاقة تيار مستمر منظم.
تُعرف لوحة التحكم عمومًا باسم لوحة التحكم، وهي توفر التيار اللازم لاستقطاب السطح المراد حمايته.
يتم توزيع التيار الواقي من خلال أنودات خاملة مصممة خصيصًا، وعادة ما تكون مادة موصلة، من نوع لا يذوب بسهولة بواسطة أيونات المعادن، ولكنه يستمر في التفاعلات البديلة للأنود.
في الظروف البيئية المثالية لمياه البحر، تكون أكسدة أيونات الكلوريد المذابة هي التفاعل الأنودي الرئيسي نتيجة لغاز الكلور المتطور على سطح الأنود: –2Cl– → Cl2 + 2e.
بينما في المياه منخفضة الملوحة، يكون التفاعل الأنودي السائد هو تحلل الماء: –2H2O → O2 + 4H + 4e.
MMO / Ti هو أحد أكثر أنواع الأنودات ICCP شيوعًا لاستخدام مياه البحر، ويتكون من ركيزة من التيتانيوم (Ti) مطلية بمحفز نبيل أو أكسيد معدني (MMO).
كيف تعمل الحماية الكاثودية؟
تعمل الحماية الكاثودية عن طريق وضع القطب الموجب أو الأنودات (الأجهزة الخارجية)، في المنحل بالكهرباء، لإنشاء دائرة. يتدفق التيار من الأنود عبر المنحل بالكهرباء على سطح الهيكل.
عندما ينتقل التآكل إلى القطب الموجب لإيقاف المزيد من التآكل للهيكل.
مثال على الحماية الكاثودية لخط الأنابيب
في خط الأنابيب غير المحمي، تحدث الاختلافات المحتملة بشكل طبيعي، أينما انتقلت من الموجب البسيط إلى السلبي البسيط، تحدث التدفقات الحالية والتآكل لخط الأنابيب الجلفاني.
وإذا قمت بتطبيق CP على خط الأنابيب هذا – على سبيل المثال أنود MATCOR الخطي الذي يعمل بالتوازي مع خط الأنابيب، يتم تصريف التيار من الأنود إلى خط الأنابيب، مما يمنع التآكل.
تطبيق خط أنابيب بدون CP
اقرأ أيضًا: معلومات حول الطلاء الواقي واستخداماته
خط أنابيب تطبيق CP
ما هي أنظمة الحماية الكاثودية؟
التآكل هو سبب رئيسي للفشل المبكر للهياكل المعدنية ؛ يمكن للمشغلين إطالة عمر خدمة مرافقهم ومعداتهم.
عن طريق تركيب واختبار أنظمة CP بشكل دوري. يمكن لمهندسي CP تصميم أنظمة لضمان أقصى عمر وسهولة للاستبدال.
تستخدم هذه الأنظمة في مجموعة واسعة من التطبيقات المدنية والصناعية، لمنع التآكل لسنوات عديدة.
غالبًا ما يتم تثبيتها أثناء الإنشاء الأصلي أو التوسعات أو الترقيات الرئيسية، عادةً ما تصمم MATCO أنظمة تعمل لمدة 30 عامًا أو أكثر.
تحمي أنظمة الإنتاج الأنظف أصول البنية التحتية من التآكل، وتشمل هذه الهياكل:
- خزائن تخزين علوية.
- خطوط الأنابيب المدفونة.
- حديد التسليح في الهياكل الخرسانية.
- المبادلات الحرارية.
- حرية التجمع.
- كومة ورق الجدران.
- الهياكل المعدنية الأخرى.
ما هي أنواع أنظمة الحماية الكاثودية؟
الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع الهياكل المعدنية، مثل خطوط الأنابيب وخزانات التخزين، من التفاعل مع البيئة والتآكل.
عند تعرضه للبيئة، يتكسر الكربون الصلب والمعادن الأخرى كيميائيًا ويفشل في النهاية.
تمنع أنظمة الإنتاج الأنظف حدوث عملية الأكسدة، عن طريق إنشاء تدفق تيار من النظام إلى الهيكل.
هناك نوعان رئيسيان لأنظمة الحماية الكاثودية:
- كلف.
- التيار القسري.
الحماية الكاثودية الجلفانية
التآكل الجلفاني هو عملية كهروكيميائية يكون فيها أحد المعادن أكثر عرضة للتآكل من الآخر عند التحلل الكهربائي لكلا المعدنين.
الأنودات الجلفانية (وتسمى أيضًا الأنودات الذبيحة) المستخدمة لحماية الهياكل الفولاذية هي مثال على التآكل الجلفاني، حيث يتم تدمير الأنود الجلفاني لحماية الهيكل.
الأنود الذبيحي هو أنود معدني متصل كهربائياً بالهيكل للحماية، وهو أكثر تفاعلاً مع البيئة الضارة، والأنود القرباني ضار، ويحمي معدن الهيكل المحمي.
في النظام الجلفاني، تمتلك الأنودات المتصلة بالهيكل المحمي إمكانات طبيعية سلبية أكثر من الهيكل.
وعندما يتدفق التيار من القطب الموجب (احتمال أكثر سلبية)، إلى الهيكل (جهد سلبي أقل) في دائرة التيار المستمر.
سيحمي هذا الأنودات الجلفانية (وتسمى أيضًا الأنودات الذبيحة) بشكل صحيح.
الهياكل الفولاذية تحت الأرض والبحرية والداخلية والصناعية مسببة للتآكل ولا تتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل.
لذلك فهي محدودة في استخدامها ؛ عند استخدامها بشكل صحيح، يمكن تصميمها لتوفير عمر طويل، وسهولة في التشغيل. الأنودات الجلفانية متوفرة في مجموعة متنوعة من التكوينات، بما في ذلك:
- تشمل الأنودات المعدنية العارية المغنيسيوم والزنك والألمنيوم وسبائك أخرى.
- معبأة مع ردم للاستخدام تحت الأرض.
- مصنوع من حزام فولاذي خارجي لتركيب الهياكل.
- أنواع الشريط اللاصق.
- الأعضاء التناسلية لها أشكال خاصة.
التيار القسري
في العديد من التطبيقات، يكون فرق الجهد بين الأنود الجلفاني / الذواب والهيكل الفولاذي غير كافٍ لتوليد تيار كافٍ للحماية.
في هذه الحالات، سيخلق مصدر الطاقة (المعدل) اختلافات محتملة أكبر، مما يسمح لمزيد من التيارات بالتدفق عبر الهيكل المحمي، وهذا ما يسمى نظام الحماية الكاثودية الحالي (ICCP).
متى يمكن الحصول على الحماية الكاثودية؟
سيؤدي تدفق تيار الحماية الكاثودية في أي معدن إلى تغيير إمكاناته الطبيعية في الاتجاه السلبي.
كما يتم الحصول على حماية كاثودية كاملة للصلب من خلال جهد بمستوى واحد.
اخترنا لك: طريقة عزل الأسطح عن الحرارة
أخيرًا، غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل، لأن التآكل يحدث عندما ينغمس معدنان مختلفان في إلكتروليت مثل الماء أو التربة أو الخرسانة.